April 19th, 2010
Bu protokol, chemoeffectors istikrarlı konsantrasyon gradyanlar bakteriyel kemotaksis soruşturma için bir mikroakışkan aygıt geliştirme açıklar.
E Coli RP 4 37, tanımlanmış uzamsal konsantrasyona maruz kaldıkları bir kemotaksis cihazına sokulur. Odaya giren gradyan hücreleri, konsantrasyon gradyanının orta noktasıyla karşılaşır. Sinyalin cezbedici veya kovucu olarak algılanmasına bağlı olarak, bakteriler konsantrasyon gradyanında hızla yukarı veya aşağı hareket eder.
Merhaba, ben Texas A ve M Üniversitesi Moleküler Sistemler Biyoteknoloji Laboratuvarı ve Kimya Mühendisliği Bölümü'nden Derek Engler. Bugün size mikroakışkan bir cihazda bakteriyel kemoterapi vergilerini araştıran bir prosedür göstereceğiz. Bu prosedürü laboratuvarlarımızda, e coli RP 4 37'nin nikel sülfatın konsantrasyon gradyanında nasıl göç ettiğini incelemek için kullanıyoruz.
Öyleyse başlayalım. Akışkan tabaka ve kontrol tabakası, SU sekiz master'dan Polimetil SUBOXANE veya PDMS'nin replika kalıplanmasıyla yapılır. Bu prosedüre başlamak için, PDMS ön polimerini ve çapraz bağlayıcıyı 10'a bir ağırlık oranında karıştırın.
Karışımı, hava kabarcıkları giderilene kadar bir saat boyunca kurumuş bir şekilde gazdan arındırın. PDMS karışımı hazır olduğunda, SU eight master'ı bir Petri kabına koyun ve karışımı SU eight master'ın üzerine istenen kalınlıkta Isı'ya kadar dikkatlice dökün. PDMS ve SU sekiz ana kalıbı içeren Petri kabı, PDMS'yi iyileştirmek için iki saat boyunca 80 santigrat derecede kalıplanır.
İki saat sonra, kürlenmiş PDMS kaplı SSU sekiz master'ı sıcak plakadan çıkarın ve PDMS kalıbını SU eight master'dan soyun. İstenen yapı, gradyan jeneratörüne, hücre girişine ve hücre çıkışına boru bağlamak için PDMS kalıbında dört delik açan 20 gauge künt uçlu bir iğne kullanılarak PDMS kalıbına gömülecektir. Artık PDMS cihazını bağlamak için PDMS cihazını monte etmeye hazırız.
İlk olarak, bir cam mikroskop slaytını izopropanol ile temizleyin ve bir Airstream ile deneyin. Ardından, PDMS kalıbını ve cam slaytı yaklaşık 30 saniye boyunca bir plazma aşındırıcıda oksijen plazmasına maruz bırakın. PDMS kalıbını cam sürgü ile temas ettirin: Temas eden sürgüyü ve PDMS kalıbını sıcak bir plaka üzerinde 15 dakika boyunca 65 santigrat dereceye
ısıtın.PDMS cihazını monte etmek için, mikroskop kurulumuna bağlı olarak boruları gereken doğru uzunlukta 45 derecelik bir açıyla kesmek için bir tıraş bıçağı kullanın. Sonra forseps kullanarak. Borunun bir ucunu cihazda açılan dört delikten birine sokun.
Borunun diğer ucuna kör bir 30 gauge iğne göbeği yerleştirin. Kalan tüm delikler için boru ve iğne göbeğinin yerleştirilmesini tekrarlayın. Üç mililitrelik bir şırıngaya bir mililitre kemoterapi vergisi, tampon veya CB yükleyin.
Şırıngadaki havayı çıkarmaya özen gösterin. Bir pipet kullanarak çıkış iğnesi göbeğine CB ekleyin ve hava kabarcıklarını gidermek için iğne göbeğine hafifçe vurun. Üç mililitrelik şırınganın ucundan biraz CB itin ve şırıngayı havayı hapsetmeden iğne göbeğine bağlayın.
Kalan tüm iğne göbekleri cb ile dolana kadar CB'yi cihazın içinden itin. Bu, hava kabarcıklarının çoğunu ortadan kaldırmalıdır. Daha sonra, test edilen kemoterapi efektörünün uygun konsantrasyonlarını içeren iki adet 500 mikrolitrelik şırıngayı CB ile doldurun.
Şırınga içeriğinin küçük bir damlasını dışarı iterek ve iğne göbeğindeki sıvı damlalarına dokunarak ve oldukça hareketli bakteriler hazırlamak için şırıngayı takarak hava kabarcığı oluşumunu ortadan kaldırın. Kemotaksis deneyi için, ertesi gün çalkalayarak 32 santigrat derecede GFP ekspresyonu, tripton et suyunda plazmid veya TB ile bir gece boyunca e coli RP 4 37 kültürü büyütün. 250 mililitrelik bir erlenmeyer şişesinde 20 mililitrelik bir TB kültürünü, yaklaşık 0.05'lik 600 nanometrede bir optik yoğunluğa aşılamak için gece kültürünü kullanın.
Hücreler yaklaşık 0.35 ila 0.45 arasında bir OD 600'de olduğunda çalkalayarak kültürü 32 santigrat derecede büyütün. Bunları, düşük hızlı santrifüjleme resus süspansiyon hücreleri ile kanalın ortasında beklenen konsantrasyonda kemoterapi efektörü içeren CB'de yaklaşık 0.35'lik bir OD 600'e hasat edin. Son olarak, GFP'yi ifade eden canlı hücrelere yaklaşık 0.35 D 600 yokken RFP etiketli ölü hücreler ekleyin.
Bu ölü hücreler, herhangi bir göçün akış etkilerinden kaynaklanmamasını sağlamak için dahili bir kontrol olacaktır. Hücre süspansiyonu artık kemotaksis deneyi için mikroakışkan cihaza yüklenmeye hazırdır. Kemotaksis deneyine başlamak için, hücre süspansiyonu ile hücre giriş iğnesi göbeği dolumundan CB'nin bir kısmını çıkarın.
50 mikrolitrelik bir şırıngayı yeniden süspanse edilmiş hücrelerle yavaşça doldurun. Flagella kesilebileceğinden bunu yavaşça yapın, bu da motiliteyi azaltacaktır. 50 mikrolitrelik şırıngayı, şırınga içeriğinin küçük bir damlasını dışarı iterek ve damlayı iğne göbeğindeki sıvıya dokundurarak ve şırıngayı takarak daha önce gösterildiği gibi giriş iğnesi göbeğine takın, cihazı bir floresan mikroskobu sahnesine yerleştirin görüntü elde etmek için yüksek hızlı bir kamera ile donatılmış.
Her iki giriş şırıngasını da şırınga pompasına yerleştirin ve gradyan oluşacak ve hücreler borudan akacak şekilde akışı başlatın. Hücreler kemoterapi vergi odasına girdikten sonra, sistemin stabilize olması için yaklaşık 20 dakika bekleyin. Görüntülemeden önce, odanın uzunluğu boyunca farklı yerlerde canlı yeşil ve ölü kırmızı floresan görüntüleri toplayın.
Tipik olarak, her konumda üç saniyelik aralıklarla 100 görüntü toplarız. Elde edilen floresan görüntüleri, Image J veya metamorph gibi ticari olarak mevcut herhangi bir görüntü analiz programı kullanılarak veya matlab'da yazılmış basit kodlar kullanılarak analiz edilebilir. Bu örnekte MATLAB kodlarını kullanacağız.
Bu ayarlanan eşik piksel yoğunluğu aracılığıyla görüntüdeki arka plan piksellerini kaldırarak başlayın ve eşikten daha az yoğunluğa sahip tüm pikselleri kaldırın. Bu, gürültüyü en aza indirir. Analizde, görüntünün merkezini belirlemek için ölü hücrelerin konumunu kullanın.
Bu, hücrelerin kemotaksis odasına girdiği ve herhangi bir göç olmadığında tespit edileceği konumu temsil eder. Ardından, görüntüdeki canlı hücreleri bulun, görüntüyü kanallara bölün ve her kanaldaki canlı hücrelerin sayısını belirleyin. Önceki çalışmamızda, 10 50 mikrometre genişliğindeki kemoterapi vergi odası, her biri yaklaşık 16 mikrometre genişliğinde 64 kanala bölünmüştü.
Tüm görüntüler için bu adımları tekrarladıktan sonra, tüm görüntülerdeki her kanal için toplam hücre sayılarının bir kısmı hesaplanır. Bu, deney süresi boyunca her kanalda algılanan toplam hücre sayısını verir. Göç yönünü temsil eden kemoterapi vergilerini, bölme katsayısını veya TBM'yi hesaplayın.
Aşağıdaki adımları uygulayarak, ölü hücrelerin sırasıyla yüksek konsantrasyonda veya sağ ve düşük konsantrasyonda veya sol taraflarında bulunan her hücreye artı bir ve eksi bir çarpanı atayın. Çarpılan tüm değerleri toplayın ve algılanan toplam hücre sayısını normalleştirmek için. Hücrelerin göçünü kat edilen mesafeye göre tartan kemoterapi vergilerini, göç katsayısını veya CMC'yi hesaplayın.
En uzak yüksek konsantrasyon pozisyonu kanalı 64'e hareket eden bir hücreye artı bir ağırlık faktörü verilirken, daha yüksek konsantrasyon tarafının yarısına kadar hareket eden bir hücreye artı 0.5 ağırlık faktörü ve bir hücre verilir. En uzak düşük konsantrasyon pozisyonuna geçmek eksi bir ile ağırlıklandırılır. Tüm ağırlıklı hücre sayımlarından bazıları ve CMC'yi oluşturmak için hücre sayısına normalleştirilir.
Bu grafik, floresein izotiyosiyanat kullanılarak mikroakışkan cihazda oluşturulan doğrusal bir konsantrasyon gradyanını veya profilini gösterir. Bir konsantrasyon gradyanının oluşumu bu şekilde mavi ve sarı renkli boyalar kullanılarak gösterilmiştir. Hücre girişi CA idi, böylece içinden akış yoktu ve mavi ile sarı arasında bir renk aralığının oluştuğu görülebilir.
Burada, e coli RP 4 37'nin cihazda sıfır ila 100 mikromolar L aspartat veya sıfır ila 225 mikromolar nikel sülfat gradyanına maruz bırakıldığı temsili bir kemotaksis deneyinden sahte renkli görüntüler verilmiştir. Canlı yeşil bakterilerin al aspartata doğru veya nikelden uzağa göçü, 30 dakika boyunca her 2,5 saniyede bir görüntülendi. Kırmızı ile gösterilen ölü bakteriler, cihazdaki akış etkilerinin kontrolü olarak görev yaptı.
RP 4 37'nin bir gradyan yokluğunda mikroakışkan cihazdaki uzamsal dağılımı, bir aspartat gradyanına ve bir nikel sülfat gradyanına verdiği yanıtla karşılaştırıldığında bu grafikte gösterilmiştir. Az önce size e coli RP 4 37'nin kemoterapi vergilerini bir nikel sülfat gradyanında nasıl izleyeceğinizi gösterdik. Bu prosedürü yaparken, yüksek hareketliliğe sahip bir alt popülasyonun kullanılabilmesi için hücrelerin girdabını en aza indirmeyi unutmamak önemlidir.
İşte bu kadar. İzlediğiniz için teşekkürler ve deneylerinizde iyi şanslar.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Bu protokol, kimyasal etken maddelerin stabil konsantrasyon gradyanlarında bakteriyel kemotaksi araştırmak için bir mikroakışkan cihazın geliştirilmesini tanımlar. E. coli RP 4 37, tanımlı uzamsal konsantrasyon gradyanlarına yanıt olarak hareketlerini incelemek üzere cihaza tanıtılır.
Quantifying bacterial chemotaxis in stable gradients enables mechanistic de-risking of antimicrobial target validation by linking chemoeffector sensing to phenotypic behavior. This microfluidic approach supports predictive confidence in lead identification by providing quantitative, reproducible migration data under controlled chemical conditions. The platform enhances translational continuity from target screening to preclinical evaluation by standardizing chemotaxis readouts for cross-functional teams.
The device integrates into early discovery workflows by enabling hypothesis testing of chemoeffector-receptor interactions prior to lead optimization.